CN103072073B - 一种保持硅晶圆抛光片少数载流子高寿命的抛光工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种保持硅晶圆抛光片少数载流子高寿命的抛光工艺，所述的抛光工艺包括如下次序步骤：1）将硅片去除量控制在21--25μm；2）选择粗抛液，3）采用抛光机对单晶硅晶圆片进行有蜡抛光；4）对经过有蜡抛光的单晶硅晶圆片进行去蜡清洗，有益效果：单晶硅腐蚀片经有蜡抛光工艺进行加工，较大的去除量可有效去除其损伤层，可以有效的去除因前道机械加工造成的损伤层，减少表面缺陷；本方法可以实现高寿命少数载流子抛光片的批量生产，而且质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅抛光片的有蜡抛光工艺，特别涉及一种保持硅晶圆抛光片少数载流子高寿命的抛光工艺，主要应用于功率器件和集成电路、特别是IGBT器件所用单晶硅抛光片的加工过程。
背景技术
近年来，随着半导体行业的高速发展和激烈的市场竞争，无论是制备依靠少数载流子输运来工作的双极型半导体器件还是场效应器件，少数载流子寿命是一个直接影响到器件性能及良率的重要参量，这就要求半导体器件所用衬底材料的单晶硅晶圆抛光片在该技术指标上具备较高的水平。
在单晶硅晶圆抛光片的主要加工流程中：单晶生长→滚磨→切片→倒角→研磨→腐蚀→背损伤→背封→去边→抛光→清洗→包装等，抛光及清洗是最后的机械加工过程，因此抛光及清洗工艺是制备高寿命少数载流子晶圆抛光片的关键。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供保持硅晶圆抛光片少数载流子高寿命的抛光工艺，制备达到国际领先水平的单晶硅晶圆抛光片，使单晶硅晶圆抛光片少数载流子寿命较高。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种保持硅晶圆抛光片少数载流子高寿命的抛光工艺，其特征在于，所述的抛光工艺包括如下次序步骤：
1）将硅片去除量控制在21-25μm；
2）采用粗抛液稀释比例为1：26，流量为9.0±0.5L/Min；中抛液稀释比例为1：32，流量为6.0±0.5L/Min；精抛液稀释比例为1:18，流量为4.0±0.5L/Min；
3）采用抛光机对单晶硅晶圆片进行有蜡抛光；包括粗抛、中抛和精抛；
选定有蜡抛光工艺的参数，包括抛光液、抛光时间、抛光压力和抛光机转速；每一步选择的参数不同：
第一步（step-1）：选择粗抛液，抛光时间为10s，抛光压力为 20±5 BAR,抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
第二步（step-2）：选择粗抛液，抛光时间为10min，抛光压力为70±10BAR,抛光机大盘转速为 20rpm，抛光机导轮转速为40 rpm；
第三步（step-3）：选择纯水，抛光时间为40s，抛光压力为20±5BAR，抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
中抛阶段：
第一步（step-1）：选择中抛液，抛光时间为10s，抛光压力为 20±5 BAR, 抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
第二步（step-2）：选择中抛液，抛光时间为6min，抛光压力为160±40BAR, 抛光机大盘转速为 20rpm，抛光机导轮转速为40 rpm；
第三步（step-3）：选择纯水，抛光时间为1min40s，抛光压力为20±5BAR，抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
精抛阶段：
第一步（step-1）：选择精抛液，抛光时间为10s，抛光压力为20±5 BAR, 抛光机大盘转速为 17rpm，抛光机导轮转速为17 rpm；
第二步（step-2）：选择精抛液，抛光时间为6min，抛光压力为110±20BAR, 抛光机大盘转速为 23rpm，抛光机导轮转速为23rpm；
第三步（step-3）：选择HCl，抛光时间为10s，抛光压力为20±5BAR，抛光机大盘转速为 17rpm，抛光机导轮转速为17 rpm；
4）对经过有蜡抛光的单晶硅晶圆片进行去蜡清洗，清洗方式为：SC-1化学药液（1号清洗液）清洗→纯水清洗→SC-2化学药液（2号清洗液）清洗→纯水清洗→甩干；其中SC-1化学药液清洗工艺的清洗温度为60℃，时间为5min，SC-1化学药液配比为NH4OH/H2O2 /H2O =5:2:20；其中氨水浓度为28-29%、双氧水浓度为30-32%； SC-2化学药液清洗工艺的清洗温度为室温，时间为5min，SC-2化学药液配比为HCl/H2O2/H2O=1:1:5；其中HCl浓度为36-38%、双氧水浓度为30-32%、纯水电阻率＞18MΩ·CM。
本发明所产生的有益效果：单晶硅腐蚀片经有蜡抛光工艺进行加工，较大的去除量可有效去除其损伤层，可以有效的去除因前道机械加工造成的损伤层，减少表面缺陷；所使用的抛光液成分中，所含金属杂质含量很低，并在精抛step-3中用HCl（36-38%）冲洗抛光片，可以较大程度地减少硅片经抛光后的表面金属残留；使用浓度较高的SC-1而非去蜡剂清洗抛光蜡可以有效避免引入金属沾污；使用浓度较高的SC-2可以加强对金属沾污的控制，从而将其降至109 atom/cm2数量级。本方法可以实现高寿命少数载流子抛光片的批量生产，而且质量稳定，是一种适宜大批量生产的高寿命少数载流子抛光片单晶硅抛光片的抛光工艺。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合实施例进一步详细描述本发明：
实施例1，对5英寸300μm厚的区熔硅抛光片的有蜡抛光过程的实例进行详细描述：
硅片：5英寸（直径125mm）区熔硅化腐片，体寿命>1500 us，晶向<111>，电阻率：1000-3000Ω.cm，抛前厚度：314-316μm，数量：360片。
加工设备：单面有蜡抛光***，去蜡清洗机。
辅助材料：粗抛光液（稀释比例为1:26）、中抛光液（稀释比例为1：32）、精抛光液（稀释比例为1:18）、粗抛光布、精抛光布、氨水（浓度29%）、双氧水（浓度32%）；、盐酸（浓度31%）、纯水（电阻率＞18MΩ·CM）。
抛光工艺为：抛光液流量分别为粗抛：9.0L/Min；中抛：6.5L/Min；精抛：4.0L/Min。
4）对经过有蜡抛光的单晶硅晶圆片进行去蜡清洗，清洗方式为：SC-1化学药液清洗→纯水清洗→SC-2化学药液清洗→纯水清洗→甩干，其中SC-1化学药液清洗工艺的清洗温度60℃，时间5min，SC-1化学药液配比为NH4OH/H2O2 /H2O =5:2:20；SC-2化学药液清洗工艺的清洗温度为室温，时间为5min，SC-2化学药液配比为HCl/H2O2/H2O=1:1:5。
加工过程：
①将干净硅化腐片通过贴片机自动对硅化腐片进行贴蜡操作，陶瓷板贴片结束自动传送到抛光机上准备抛光；
②抛光机进行抛光；
③抛光后，在卸片台上对硅抛光片进行铲片，将硅片从陶瓷板剥离；
④硅抛光片从陶瓷盘铲下后进行去蜡清洗；
⑤对清洗后硅片进行检验：在强光灯下目检表面有无划道、崩边等不良；用ADE7200检测几何参数；用颗粒度检测仪检验表面洁净度。
技术效果检测：采用上述工艺加工的单晶硅晶圆抛光片，经SRP检测，少数载流子寿命均大于1000us，高于国际标准；经ICP-MS检测，表面金属含量<5×109 atom/cm2，达到世界先进水平。
抛光后硅片按照TTV（总厚度变化）<5、TIR（总体平整度）<3、STIR（局部平整度：测量面积15mm×15mm)<1.5、直径大于0.3um颗粒数<5个/片的标准进行检测，360片合格345片，合格率为95.8%。该检测结果表明，本工艺能实现高寿命少数载流子硅晶圆抛光片的量产。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (1)
1.一种保持硅晶圆抛光片少数载流子高寿命的抛光工艺，其特征在于，所述的抛光工艺包括如下次序步骤：
1）将硅片去除量控制在21-25μm；
2）采用粗抛液稀释比例为1：26，流量为9.0±0.5L/Min；中抛液稀释比例为1：32，流量为6.0±0.5L/Min；精抛液稀释比例为1:18，流量为4.0±0.5L/Min；
3）采用抛光机对单晶硅晶圆片进行有蜡抛光，包括粗抛、中抛和精抛；
选定有蜡抛光工艺的参数，包括抛光液、抛光时间、抛光压力和抛光机转速；每一步选择的参数不同：
粗抛阶段：
第一步：选择粗抛液，抛光时间为10s，抛光压力为 20±5 BAR,抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
第二步：选择粗抛液，抛光时间为10min，抛光压力为70±10BAR,抛光机大盘转速为 20rpm，抛光机导轮转速为40 rpm；
第三步：选择纯水，抛光时间为40s，抛光压力为20±5BAR，抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
中抛阶段：
第一步：选择中抛液，抛光时间为10s，抛光压力为 20±5 BAR, 抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
第二步：选择中抛液，抛光时间为6min，抛光压力为160±40BAR, 抛光机大盘转速为 20rpm，抛光机导轮转速为40 rpm；
第三步：选择纯水，抛光时间为1min40s，抛光压力为20±5BAR，抛光机大盘转速为 15rpm，抛光机导轮转速为20 rpm；
精抛阶段：
第一步：选择精抛液，抛光时间为10s，抛光压力为20±5 BAR, 抛光机大盘转速为 17rpm，抛光机导轮转速为17 rpm；
第二步：选择精抛液，抛光时间为6min，抛光压力为110±20BAR, 抛光机大盘转速为 23rpm，抛光机导轮转速为23rpm；
第三步：选择HCl，抛光时间为10s，抛光压力为20±5BAR，抛光机大盘转速为 17rpm，抛光机导轮转速为17 rpm；
4）对经过有蜡抛光的单晶硅晶圆片进行去蜡清洗，清洗方式为：1号清洗液SC-1化学药液清洗→纯水清洗→2号清洗液SC-2化学药液清洗→纯水清洗→甩干；其中1号清洗液SC-1工艺的清洗温度为60℃，时间为5min，SC-1化学药液配比为NH4OH/H2O2 /H2O =5:2:20，其中氨水浓度为28-29%、双氧水浓度为30-32%；其中2号清洗液SC-2工艺的清洗温度为室温，时间为5min，SC-2化学药液配比为HCl/H2O2/H2O=1:1:5；其中HCl浓度为36-38%、双氧水浓度为30-32%、纯水电阻率＞18MΩ·CM。
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